隧道大偏壓變形處理措施的探討

魏宏圖

摘 要：在隧道施工建設項目中，由于隧道斷面較大、山體偏壓、巖質較軟、地下水豐富等不利影響，導致軟質巖隧道容易出現大偏壓變形的問題，這也是設計和施工過程中容易忽視的地方。該文將結合具體的隧道工程施工實例，簡要探討隧道出現偏壓變形的簡要情況，并提出解決隧道大偏壓變形的具體措施。

關鍵詞：隧道工程 大偏壓變形 變形處理 支護

中圖分類號：U457 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）04（c）-0043-03

隨著我國經濟的不斷發展，我國隧道工程的建設再次掀起熱潮。在隧道施工建設項目中，由于隧道斷面較大、山體偏壓、巖質較軟、地下水豐富等不利影響，導致軟質巖隧道容易出現大偏壓變形的問題，這也是設計和施工過程中容易忽視的地方，一旦軟質隧道出現這一問題，容易產生變形、侵限、甚至坍塌等風險，這會對工程的施工安全造成很大的威脅。該文筆者將結合具體的隧道工程施工實例，簡要探討隧道出現偏壓變形的簡要情況，并對出現大偏差變形的主要原因進行了分析，最后提出了解決隧道大偏壓變形的具體措施。

1 工程概況

擬建石門坪1#隧道位于甘肅省宕昌縣兩河口鄉石門坪村，穿行于白龍江右岸山體，進口位于石門坪電站大壩上游右岸山體斜坡，出口位于石門坪溝左岸斜坡，隧道進、出口端均為鄉道，道狹窄，交通不便，需新修便道。

石門坪1#隧道屬中山地貌。隧址區位于白龍江右岸山體，山體走向呈南北向，山勢呈西北高東南低，隧道線路所經最大高程約為1 420 m，山體自然坡度較陡，植被稀少，大部基巖裸露；山體地表發育數條小沖溝，無長流水；隧址區地下水主要為第四系孔隙性潛水、基巖裂隙水；隧址區松散巖類孔隙水主要賦存于第四系殘坡積碎石土中，補給來源為大氣降水和地表水體入滲，碎石土厚度小，透水性及富水性均較好，大氣降水易入滲后多迅速形成徑流向低洼處排泄，此類地下水不易大量富集，水量較貧乏。

石門坪1#隧道YK359+530～YK359+788/ZK359+550～ZK359+777段為Ⅳ級圍巖，該段隧道埋深42～167 m，地層巖性為泥盆系中統灰色-淺灰色板巖夾灰巖、千枚巖，中風化，屬較軟巖，受構造影響褶曲發育，圍巖破碎，完整性較差，巖層產狀220～251°∠60～83°，與洞軸線近乎平行或呈小角度相交，板理面發育，一般平整較光滑，結合一般-較差，開挖后易沿板理面滑塌、掉塊。隧道出口斜坡上部由于道路開挖形成近乎直立的高陡邊坡，巖性為板巖、灰巖夾千枚巖，軟硬不均，皺曲發育，層間張裂隙發育，巖體破碎，產狀陡立。原設計YK359+530～YK359+788/ZK359+550～ZK359+777段采用SⅣb型襯砌結構。

2 現場情況

經現場查看，ZK359+732～ZK359+767段初期支護收斂變形較大，如圖1、圖2所示，左側從拱腰以下至邊墻腳范圍內初期支護已侵入二次襯砌限界，侵限最大為18 cm；右側從最大跨以上2 m至邊墻腳范圍內初期支護已侵限，侵限最大為8 cm，收斂變形在最大跨處表現較為明顯（拱架接頭處）。隧道左線ZK359+790處地表出現一條縱向裂縫，該裂縫橫切洞頂截水溝，裂縫長度約3 m，寬度約4 cm；ZK359+800處地表出現一條橫向裂縫，該裂縫方向與洞頂截水溝平行，裂縫長度約3 m，寬度約3 cm。隧道右線YK359+765處地表農道邊緣有兩條橫向裂縫，裂縫長度5～6 m，寬度約1 cm。

3 出現變形的原因分析

（1）圍巖本身的特性決定了自穩定性差。隧址區出露泥盆系中統板巖夾千枚巖變砂巖及灰巖，巖體類型可分為以板巖、千枚巖為主的軟巖～較軟巖和以灰巖、變砂巖為主的較硬巖，這種巖體巖質較軟、強度低，在圍巖偏壓的作用下隧道出現產生變形。這種巖體的孔隙率較大，并且該工程地下水較為封堵，為水的滲入創造了條件。這種巖體容易風化，崩解行較強，風化所產生的土體在水的浸泡之下容易發生膨脹，風干失水后迅速崩解為碎屑狀。

（2）施工過程所產生的偏差。對于這種自穩性較差的穩巖，變形較大，當變形達到一定程度之后，隧道的初期支付容易受到破壞，嚴重的話會出現圍巖失穩的問題。在施工中應加強支護的強度，如果圍巖仍不能滿足穩定性的要求，則應及時做好二次支護。而在施工過程中，如果一旦圍巖出現較大的持續變形，變形未穩定時進行二次襯砌的施作會造成二襯受力開裂，已經取不到良好的效果。

在施工過程中，對于系統錨桿的施作不到位，鎖腳錨桿角度、方向控制不到位，系統錨桿及鎖腳錨桿并未大角度穿越層里面。該工程開挖的步距較大，仰拱和二次襯砌無法及時跟進，初支IV級圍巖支護鋼拱架未封閉成環，這些因素都將直接影響隧道內收斂變形。

4 處理措施

（1）加強監控量測工作，在隧道洞內、洞頂地表及洞頂農道布設監控量測斷面，縮短監控量測斷面間距，加大監控量測頻率，及時整理數據，對洞內變形、地表沉降進行觀測，從而反饋施工。在該工程施工中主要進行監測的項目包括：①洞口淺埋段的地表下沉觀測；②隧道圍巖及支護結構監控量測；③圍巖穩定性和支護效果分析。隧道施工時，對洞頂附近電桿、電線塔等設施應進行實時監控，若有傾斜、偏移等現象出現，應及時與相關部門聯系，采取有效措施。

洞口淺埋段的地表下沉觀測洞口淺埋段，布置4～7個觀測橫斷面，地表下沉量測的縱向間距S為：H<15 m時，S=5 m；15 m5B時，1次/3～7天；開挖面后>80 m，1次/7天；根據監控資料，繪制每一橫斷面沉降槽隨時間的變化關系圖、最大沉降量隨時間的變化關系圖、最大沉降量與開挖面距離關系圖，據此進行必要的回歸分析，對圍巖穩定性進行評價預測。

（2）對洞頂地表裂縫及洞頂農道裂縫采用水泥砂漿進行灌縫處理，以便觀察裂縫進一步發展以及防止后期地表降水流入裂縫，加劇裂縫的進一步發展。

（3）經觀測洞內變形及地表沉降穩定后，對左洞初期支護侵限段進行換拱處理，換拱應左右側交錯進行，換拱參數采用：I18型鋼拱架支護（縱向@100 cm，鋼拱架間采用φ22鋼筋連接，環向@0.5 m）；在起拱線上下50 cm處各打設一組（每組兩根）長度為4 m的Φ42注漿鎖腳錨管，并在鋼拱架接頭處打設兩根長度為4 m的Φ42注漿鎖腳錨管進行固定；換拱范圍內打設長度為3 m的Φ42徑向注漿小導管，間距100 cm（縱）×150 cm（環）；噴射C25混凝土24 cm，拱墻鋪掛φ8鋼筋網（@20 cm×20 cm）；全斷面施做C30模筑鋼筋混凝土二次襯砌40 cm。

（4）對石門坪1#隧道YK359+758～YK359+778/ZK359+705～ZK359+725段原設計的SⅣb型襯砌結構進行加強，如圖1所示。即將以上兩段的初期支護封閉成環，替換原設計長度2 m長φ22鎖腳錨桿為長度4 m的Φ42注漿鎖腳錨管，并在起拱線處增打1組鎖腳錨管。襯砌結構拱腳、墻角部位鎖腳錨管（桿）設置在開挖臺階的拱腳、墻腳處，與鉛垂方向成30°～45°角斜向下打入圍巖，以控制結構下沉、收斂；半套拱拱腳部位鎖錨管（桿）應徑向打入圍巖，并根據實際地形，巖層傾向合理控制控制角度，有效限制半套拱的拱腳變位和下沉。所有鎖腳錨管均應管內注漿，以增加鎖腳剛度（見圖3）。

（5）鑒于石門坪1#隧道YK359+530～YK359+788/ZK359+550～ZK359+777段巖層傾角較大，近乎垂直，且其節理發育，系統錨桿在隧道支護體系中的作用（組合梁）較為明顯，特別是在拱腰至邊墻范圍內的支護效果良好，所以，在施工過程中必須加強施做系統錨桿的監管，嚴格按設計施工，以達到設計應有的支護效果。

（6）根據現場侵限段初期支護的變形情況，在上下導鋼拱架接頭處的收斂變形最大，鋼拱架接頭處為支護結構的薄弱部位，在施工過程中應加強鋼拱架的連接質量、鎖腳錨桿的打設角度及與鋼拱架的焊接質量。

5 結語

針對于存在山體偏壓、較軟巖質情況，隧道較易出現大偏壓變形問題。文章通過結合某軟質巖隧道工程實例，該隧道存在山體偏壓、殘坡積碎石土情況，同時圍巖自穩定性差以及施工偏差等原因造成了隧道的初期支護受到破壞，導致某標段初期支護收斂變形較大。對左洞初期支護侵限段進行換拱處理，以及原設計的SⅣb型襯砌結構進行加強等措施，使得該工程隧道大偏壓變形得到有效控制。

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